CN106317913A - 一种工业铸造蜡3d打印线材及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业铸造蜡3D打印线材及其制作工艺，所述工业铸造蜡3D打印线材的配方为：以重量份计，工业铸造蜡45‑55份、AFFINITY聚烯烃塑性体树脂30‑40份、聚乙烯蜡5‑10份、硬脂酸5‑10份，所述的工业铸造蜡3D打印线材的制作工艺，它包括以下工艺步骤：1)混合密炼：在密炼机中加入原料，进行热熔混合密炼；2)挤出成型：使用螺杆挤塑机挤出成型，之后将挤出的线材收卷即可，本发明制得的工业铸造蜡3D打印线材具有低熔点、低固化收缩率、环境友好以及弹性良好的优点。

Description

一种工业铸造蜡3D打印线材及其制作工艺

技术领域

本发明涉及一种工业铸造蜡3D打印线材及其制作工艺。

背景技术

快速成型(Rapid Prototype,RP)技术是20世纪90年代迅速发展起来的一种先进制造技术，是服务于制造业新产品开发的一种关键技术。它对促进企业的产品创新、缩短新产品研发周期、提高产品竞争力等起着积极的推动作用。该技术自问世以来，逐渐在世界各国的制造业中得到了广泛的应用，并由此催生出一个新兴的技术领域。3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印由于3D打印制造技术完全改变了传统制造工业的方式和原理，是对传统制造模式的一种颠覆，然而3D打印材料成为限制3D打印发展的主要瓶颈，同时也是3D打印突破创新的关键点和难点所在，只有进行更多新材料的开发才能拓展3D打印技术的应用领域。目前，3D打印材料主要包括聚合物材料、金属材料、陶瓷材料和复合材料等。

塑料3D打印材料属于聚合物材料类，其打印机主要采用熔融沉积成型制造工艺，通过打印机的加热喷头将材料融化，在计算机的控制下，将热熔状态下的热塑性丝状材料由喷头挤压出来，堆叠成型，构建成完整的打印对象。在3D打印熔融沉积成型制造工艺中，所使用的耗材都采用ABS和PLA作为基体，其打印温度通常在220℃左右，属于中温FDM耗材。美国伊利诺伊理工大学的最新研究发现，使用ABS和PLA聚合物作为塑料原料的打印机超细颗粒(UFP)排放量较高，排放率与使用激光打印机或燃烧香烟接近。由于体积微小，UFP能沉积在肺部并直接被吸收到血液中。UFP浓度较高与肺癌、中风和哮喘症状的发展有关，报告中未详细指出ABS和PLA排放物的化学成分，但是此前已有证明显示ABS有毒，而PLA是具有生物相容性的聚合物，已广泛用于制作药物胶囊。另外ABS和PLA作为3D打印材料还存在收缩率大的问题，所得最终制品往往存在翘曲，影响产品性能。

在金属铸造中，失蜡法是一种常用方法，在现代的精密铸造中又称为熔模精密铸造。具体做法为用蜡制成铸模，外敷造型材料，成为整体铸型后加热铸模将蜡化去，形成空腔铸范，浇入液态金属，冷却后得到成型铸件。但是在常规方法中，使用的铸蜡材料制作的铸模精度不高，强度差，弹性差，而且传统的铸模制作程序比较复杂，基本上采用人工制造蜡模，一个蜡模往往需要几个工人工作一到数月才能完成，不能满足现代模具行业越来越高的要求。而采用3D打印技术只需数小时即可完成，且制备精度大大高于手工，然而国内目前并无失蜡铸造用3D打印蜡材料，市场一片空白。因此，有必要创造出一种低熔点、低固化收缩率、环保无毒害且适用于3D打印机用的蜡材料，让3D打印机打印出个性化、高精度、多样化的蜡模，以满足社会的高度需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能优异、具有良好附着力、低固化收缩率、低熔点的工业铸造蜡3D打印线材及其制作工艺。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种工业铸造蜡3D打印线材，它的配方为：以重量份计，工业铸造蜡45-55份、AFFINITY聚烯烃塑性体树脂30-40份、聚乙烯蜡5-10份、硬脂酸5-10份。

工业铸造蜡硬度高，韧性好，稳定性好，但是它不能单独作为3D打印的蜡材，目前也没有关于将其作为制作3D打印材料原料的报道，本发明将工业铸造蜡作为制作3D打印线材的原料是首创的。

本发明所述的AFFINITY聚烯烃塑性体树脂是美国美陶氏化学公司研发的树脂，利用该树脂与工业铸造蜡、聚乙烯蜡以及硬脂酸结合制得的工业铸造蜡3D打印线材具有极佳的韧性和附着力且该工业铸造蜡3D打印线材熔融时不会散发出恼人的气味和毒性物质。

所述的工业铸造蜡3D打印线材，其特征在于：它具有以下性能：直径为1.25-2.25mm、拉伸强度11.5-16.5MPa、断裂伸长率4.94-9.42％、固化收缩率1.9-4.2％、熔点75-87℃。

所述的工业铸造蜡3D打印线材的制作工艺，它包括以下工艺步骤：

1)混合密炼：在密炼机中加入原料，进行热熔混合密炼；

2)挤出成型：使用螺杆挤塑机挤出成型，之后将挤出的线材收卷即可。

其中，步骤1)混合密炼的具体方法为：将工业铸造蜡、Affinity树脂、聚乙烯蜡加入密炼机中，在75-85℃温度范围内，密炼10-20分钟，之后将硬脂酸加入密炼机，混炼5--10分钟，将上述原料全部溶解并混合均匀；

步骤2)挤出成型的具体方法为：将步骤1)中热熔混炼完全的物料注入单螺杆挤出机，挤出成线状，并由收卷设备控制线径并收取产品，其中：单螺杆挤出机的生产条件为：

第一段温度控制在55-65℃范围内；第二段温度控制在65-75℃范围内；第三段温度控制在75-85℃范围内；第四段温度控制在80-90℃范围内；第五段温度控制在80-90℃范围内；第六段温度控制在80-90℃范围内；第七段温度控制在80-90℃范围内；出料口模头温度控制在80-84℃范围内；挤出机主机转速控制在11.5-12.5rpm范围内，喂料速度为6-9rpm。

较之现有技术而言，本发明的优点在于：

1.本发明制得的工业铸造蜡3D打印线材的熔点为75-87℃，具有低熔点的性能，使得该工业铸造蜡3D打印线材适合被打印成失蜡铸造用的蜡模。

2.本发明制得的工业铸造蜡3D打印线材的固化收缩率为1.9-4.2％，可见该工业铸造蜡3D打印线材具有低固化收缩率的性能，将利用该工业铸造蜡3D打印线材打印出的蜡模运用于失蜡铸造中，所得的最终制品不会出现翘曲的现象。

3.本发明制得的工业铸造蜡3D打印线材，因其熔点低，且利用了AFFINITY聚烯烃塑性体树脂作为原料，使得它在加热熔融时，不会产生毒性物质和恼人的气味，可见该工业铸造蜡3D打印线材还具有环境友好的优点。

4.本发明制得的工业铸造蜡3D打印线材还具有良好的弹性、具有一定的透明性、表面光泽性好，且生产成本较低、制备温度和生产温度低，生产工艺操作简单，生产速度快。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明内容进行详细说明：

实施例一：

一种工业铸造蜡3D打印线材的制作工艺，它包括以下工艺步骤：

1)混合密炼：以重量份计，将工业铸造蜡45份、AFFINITY聚烯烃塑性体树脂30份、聚乙烯蜡10份加入密炼机中，在75℃温度下，密炼10分钟，之后将硬脂酸10份加入密炼机，混炼5分钟，将上述原料全部溶解并混合均匀。

2)将步骤1)中热熔混炼完全的物料注入单螺杆挤出机，挤出成线状，并由收卷设备控制线径并收取产品，其中：单螺杆挤出机的生产条件为：

第一段温度控制在55℃；第二段温度控制在65℃；第三段温度控制在75℃；第四段温度控制在80℃；第五段温度控制在80℃；第六段温度控制在80℃；第七段温度控制在80℃；出料口模头温度控制在80℃；挤出机主机转速控制在11.5rpm范围内，喂料速度为6rpm。

实施例二：

一种工业铸造蜡3D打印线材的制作工艺，它包括以下工艺步骤：

1)混合密炼：以重量份计，将工业铸造蜡55份、AFFINITY聚烯烃塑性体树脂35份、聚乙烯蜡5份加入密炼机中，在85℃温度下，密炼15分钟，之后将硬脂酸5份加入密炼机，混炼10分钟，将上述原料全部溶解并混合均匀。

2)将步骤1)中热熔混炼完全的物料注入单螺杆挤出机，挤出成线状，并由收卷设备控制线径并收取产品，其中：单螺杆挤出机的生产条件为：

第一段温度控制在60℃；第二段温度控制在70℃；第三段温度控制在80℃；第四段温度控制在85℃；第五段温度控制在85℃；第六段温度控制在85℃；第七段温度控制在85℃；出料口模头温度控制在82℃；挤出机主机转速控制在12rpm范围内，喂料速度为9rpm。

实施例三：

一种工业铸造蜡3D打印线材的制作工艺，它包括以下工艺步骤：

1)混合密炼：以重量份计，将工业铸造蜡50份、AFFINITY聚烯烃塑性体树脂40份、聚乙烯蜡8份加入密炼机中，在80℃温度下，密炼20分钟，之后将硬脂酸8份加入密炼机，混炼7分钟，将上述原料全部溶解并混合均匀。

2)将步骤1)中热熔混炼完全的物料注入单螺杆挤出机，挤出成线状，并由收卷设备控制线径并收取产品，其中：单螺杆挤出机的生产条件为：

第一段温度控制在65℃；第二段温度控制在75℃；第三段温度控制在85℃；第四段温度控制在90℃；第五段温度控制在90℃；第六段温度控制在90℃；第七段温度控制在90℃；出料口模头温度控制在84℃；挤出机主机转速控制在12.5rpm范围内，喂料速度为7rpm。

实施例四：

一种工业铸造蜡3D打印线材的制作工艺，它包括以下工艺步骤：

1)混合密炼：以重量份计，将工业铸造蜡48份、AFFINITY聚烯烃塑性体树脂37份、聚乙烯蜡7份加入密炼机中，在83℃温度下，密炼12分钟，之后将硬脂酸6份加入密炼机，混炼8分钟，将上述原料全部溶解并混合均匀。

2)将步骤1)中热熔混炼完全的物料注入单螺杆挤出机，挤出成线状，并由收卷设备控制线径并收取产品，其中：单螺杆挤出机的生产条件为：

第一段温度控制在65℃；第二段温度控制在75℃；第三段温度控制在85℃；第四段温度控制在90℃；第五段温度控制在90℃；第六段温度控制在90℃；第七段温度控制在90℃；出料口模头温度控制在84℃；挤出机主机转速控制在12.5rpm范围内，喂料速度为7rpm。

实施例五：

一种工业铸造蜡3D打印线材的制作工艺，它包括以下工艺步骤：

1)混合密炼：以重量份计，将工业铸造蜡50份、AFFINITY聚烯烃塑性体树脂32份、聚乙烯蜡6份加入密炼机中，在80℃温度下，密炼10分钟，之后将硬脂酸10份加入密炼机，混炼7分钟，将上述原料全部溶解并混合均匀。

2)将步骤1)中热熔混炼完全的物料注入单螺杆挤出机，挤出成线状，并由收卷设备控制线径并收取产品，其中：单螺杆挤出机的生产条件为：

第一段温度控制在55℃；第二段温度控制在65℃；第三段温度控制在75℃；第四段温度控制在80℃；第五段温度控制在80℃；第六段温度控制在80℃；第七段温度控制在80℃；出料口模头温度控制在80℃；挤出机主机转速控制在11.5rpm范围内，喂料速度为6rpm。

将实施例一至实施例五所得的工业铸造蜡3D打印线材分别命名为样品1、样品2、样品3、样品4以及样品5，并对这5个样品进行性能测试，测试的结果见表1。其中，拉伸强度、断裂伸长率、固化收缩率的试验方法分别参照：GB/T1040-2006、GB/T1040-2006、ISO2577-2007。

表1性能测试结果

从表1中的数据可以看出，以上样品均具有低固化收缩率、低熔点(100℃以下均能溶)的特点，特别是样品2，它不仅具有最低的固化收缩率，而且还具有最低的熔点，考虑到在铸蜡领域中的应用，蜡模在不需要较高的温度条件下便可以熔融且蜡模的固化收缩率要低，根据上述性能所示，实施例2中所得的样品2的性能最优，最适合被打印成蜡模，用于失蜡铸造中。

Claims (5)

1.一种工业铸造蜡3D打印线材，其特征在于：它的配方为：以重量份计，工业铸造蜡45-55份、AFFINITY聚烯烃塑性体树脂30-40份、聚乙烯蜡5-10份、硬脂酸5-10份。

2.根据权利要求1所述的工业铸造蜡3D打印线材，其特征在于：它具有以下性能：直径为1.25-2.25mm、拉伸强度11.5-16.5MPa、断裂伸长率4.94-9.42％、固化收缩率1.9-4.2％、熔点75-87℃。

3.根据权利要求1或2所述的工业铸造蜡3D打印线材的制作工艺，其特征在于：它包括以下工艺步骤：

1)混合密炼：在密炼机中加入原料，进行热熔混合密炼；

2)挤出成型：使用螺杆挤塑机挤出成型，之后将挤出的线材收卷即可。

4.根据权利要求3所述的工业铸造蜡3D打印线材的制作工艺，其特征在于：步骤1)混合密炼的具体方法为：将工业铸造蜡、AFFINITY聚烯烃塑性体树脂、聚乙烯蜡加入密炼机中，在75-85℃温度范围内，密炼10-20分钟，之后将硬脂酸加入密炼机，混炼5-10分钟，将上述原料全部溶解并混合均匀。

5.根据权利要求3所述的工业铸造蜡3D打印线材的制作工艺，其特征在于：步骤2)挤出成型的具体方法为：将步骤1)中热熔混炼完全的物料注入单螺杆挤出机，挤出成线状，并由收卷设备控制线径并收取产品，其中：单螺杆挤出机的生产条件为：

第一段温度控制在55-65℃范围内；第二段温度控制在65-75℃范围内；第三段温度控制在75-85℃范围内；第四段温度控制在80-90℃范围内；第五段温度控制在80-90℃范围内；第六段温度控制在80-90℃范围内；第七段温度控制在80-90℃范围内；出料口模头温度控制在80-84℃范围内；挤出机主机转速控制在11.5-12.5rpm范围内，喂料速度为6-9rpm。